JP5868265B2 - 単電池および組電池 - Google Patents

Description

本発明は、単電池および複数の単電池を備えた組電池に関する。

近年、ハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池においては、正極箔に正極活物質を塗工した正極電極、負極箔に負極活物質を塗工した負極電極およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回することで扁平形状の捲回電極群が形成される。捲回電極群は、電池容器の電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に電気的に接続される。捲回電極群は、電池容器の電池缶に収容され、電池缶の開口部は電池蓋で封止溶接される。二次電池は、捲回電極群を収容した電池容器の注液孔から電解液が注液された後、注液栓が挿入されてレーザ溶接により封止溶接されることで形成される。

複数の二次電池（単電池）の正極外部端子と負極外部端子とをバスバーなどの導電部材で電気的に接続することで組電池が形成される。バスバーは、ボルト、ナットにより外部端子にねじ締結されることで、あるいは、外部端子に溶接されることで二次電池（単電池）に接続される。

特許文献１には、ボルト、ナットによりバスバーを外部端子に接続できる二次電池が開示されている。特許文献１に記載の二次電池は、捲回電極群に接合される集電体（特許文献１の接続板に相当）と、外部端子と集電体とを電気的に接続する接続ピンと、接続ピンが挿通されるピン挿通孔およびボルトの軸部が挿通されるボルト挿通孔が形成された外部端子とを備えている。

特開２０１１−２３３３９９号公報

上記特許文献１に記載の二次電池のように、ボルト、ナットによりバスバーを外部端子に接続する二次電池では、バスバーを溶接により取り付けることができなかった。
また、溶接によりバスバーを外部端子に接続する二次電池では、バスバーをボルト、ナットにより外部端子に接続することができなかった。

本発明に係る単電池は、電極を有する発電要素と、発電要素を収容する電池缶および電池缶の開口を封止する電池蓋を有する電池容器と、電池蓋に配置された外部端子と、発電要素の電極と外部端子とを接続する集電体とを備え、外部端子は、電池容器の外部でバスバーと電気的に接続される当接部と、電池容器の内部で集電体と接続される接続部とが一体に形成されてなり、当接部は、接続部と対向して電池容器の外部に設けられ、バスバーを溶接可能な平面部と、平面部に隣接して挿通孔を有する締結部とを有し、バスバーを締結部に締結可能なボルトを備え、電池蓋には、ボルトの頭部が絶縁部材を介して嵌合される嵌合凹部が設けられ、締結部と電池蓋との間には、嵌合凹部と締結部とにより、ボルトの頭部を収容する空間が画成され、締結部の挿通孔には、ボルトの軸部が挿通され、接続部は、平面部から電池容器の内側に向かって突出し、電池蓋を貫通するように設けられている。
本発明に係る組電池は、上記単電池を複数備え、複数の単電池同士がバスバーにより電気的に接続された組電池であって、バスバーは、ボルト、ナットにより、あるいは、溶接
により外部端子に接続されている。

本発明によれば、ボルト、ナットによりねじ締結する接続方法あるいは溶接による接続方法のいずれでもバスバーと外部端子とを接続可能な単電池およびこの単電池を複数備えた組電池を提供することができる。

組電池の外観斜視図。 組電池の部分断面斜視図。 バスバーがボルト、ナットで接続された組電池の分解斜視図。 組電池を構成する単電池の外観斜視図。 単電池の構成を示す分解斜視図。 捲回電極群を示す斜視図。 蓋組立体を示す分解斜視図。 蓋組立体の構成を示す断面図。 外部端子の接続部の先端を集電体にかしめる工程を示す図。 バスバーが溶接で接続された組電池の分解斜視図。 正極溶接部および負極溶接部にバスバーが溶接された状態を示す断面図。 バスバーの一端を溶接により外部端子に接続し、バスバーの他端をボルト、ナットにより外部端子に接続した組電池を示す図。

以下、図面を参照して、本発明をハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車に搭載される蓄電装置に組み込まれる組電池であって、角形リチウムイオン二次電池（以下単電池と記す。）を複数備えた組電池に適用した実施の形態について説明する。

図１〜図３は、組電池の外観斜視図、部分断面斜視図および分解斜視図である。組電池は、複数の単電池１００を有している。複数の単電池１００は、並べて配置されており、一対のエンドプレート１１５や複数の電池ホルダ１１４、４本のシャフト１２２を含んで構成される一体化機構によって一体的に組み立てられている。並置された複数の単電池１００は、配列方向（組電池の長手方向）の両端側から一対のエンドプレート１１５により挟持され、複数の単電池１００の上方はトッププレート１１６およびトップカバー１１７で覆われている。

図３に示すように、単電池１００は、扁平な直方体形状であって、側面のうちで広い面積を有する幅広側板１０１ａ同士が対向するように並べて配置されている。隣接する単電池１００同士は、単電池１００の電池蓋１０２に配設された正極外部端子１０４および負極外部端子１０５の位置が逆転するように、向きが反転して配置されている。

組電池は、隣接する単電池１００の正極外部端子１０４と負極外部端子１０５とが金属製の板材からなるバスバー１２３によって電気的に接続されることで形成されている。図中最も奥に位置する単電池１００の負極外部端子１０５ならびに図中最も手前に位置する単電池１００の正極外部端子１０４は、不図示の他の組電池に電気的に直列または並列にバスバー１２４により接続されるか、不図示の電力取り出し用の端子にバスバー１２４により接続される。後述するように、バスバー１２３，１２４は、単電池１００に設けられたボルト１３１の軸部１３１ａにナット１３２（図８（ｃ）参照）を装着することにより、正負極外部端子１０４，１０５の締結部１４５，１５５に接続される。バスバー１２３，１２４にはボルト１３１の軸部１３１ａが挿通される貫通孔が設けられている。

エンドプレート１１５は、単電池１００の幅広側板１０１ａに対応した矩形平板状とされている。エンドプレート１１５の四隅には、貫通孔１１５ａ（図３参照）が設けられている。一対のエンドプレート１１５の間には、エンドプレート１１５の四隅の貫通孔１１５ａに対応して４本のシャフト１２２が配置されている。

図１〜図３に示すように、シャフト１２２において一対のエンドプレート１１５で挟まれる部分は、断面Ｌ字状のＬ字部として形成されている。Ｌ字部の両端には、エンドプレート１１５に当接する当接板が設けられている。当接板には、エンドプレート１１５の貫通孔１１５ａに挿通される丸軸が立設され、丸軸にはおねじが形成されている。当接板は、エンドプレート１１５の内側の面に当接されて、一対のエンドプレート１１５の間隔を所定の長さに規定している。

図２および図３に示すように、並置した複数の単電池１００同士の間には、単電池１００の四隅を保持する電池ホルダ１１４が単電池１００に挟まれるように配置されている。エンドプレート１１５の外側からナットをおねじの形成された丸軸に装着することで、一対のエンドプレート１１５に挟まれた各電池ホルダは、所定量圧縮された状態で保持される。これにより、組電池の長手方向における各単電池１００の位置が規定されている。

図３に示すように、電池ホルダ１１４の四隅には、断面Ｌ字状の肩部１１４ｂが形成されている。肩部１１４ｂの内側形状は、単電池１００の四隅の形状に対応している。各単電池１００は、電池ホルダ１１４の四隅に設けられた肩部１１４ｂによって外郭が拘束されている。これにより、組電池の長手方向に直交する方向における各単電池１００の位置が規定されている。

各電池ホルダ１１４の肩部１１４ｂの外側形状は、シャフト１２２のＬ字部の形状に対応している。電池ホルダ１１４の肩部１１４ｂは、シャフト１２２のＬ字部によって拘束される。したがって、各単電池１００は、電池ホルダ１１４を介してシャフト１２２によって保持される。

図１〜図３に示すように、単電池１００の上方には、単電池１００の容器表面を覆うトッププレート１１６が配置されている。トッププレート１１６の上側にはトップカバー１１７が積層されている。トップカバー１１７とトッププレート１１６は、複数のボルト１１３がシャフト１２２のＬ字部上面に設けられためねじ部１２２ａ（図３参照）に装着されることにより、所定の面圧で互いに接触するように締結されている。図２に示すように、トップカバー１１７とトッププレート１１６とが合わせられることで組電池の長手方向に延びる空間であるガス排気経路が形成される。ガス排気経路における組電池の長手方向の終端には、ジョイント部１１８が延設されている。ジョイント部１１８には、車両外部へガスを導くホース等（不図示）が接続される。

図２および図３に示すように、トッププレート１１６には、後述する各単電池１００のガス排出弁１０３に対応する位置に長円形のガス排出用開口１１６ｂが設けられている。各ガス排出用開口１１６ｂと単電池１００の電池蓋１０２との間には、シール部材１１９が嵌め込まれ、ガス排出用開口１１６ｂと電池蓋１０２との隙間が封止されている。

本実施の形態では、上記のようなガス排出構造が設けられているため、単電池１００のガス排出弁１０３が開裂した際、ガス排出弁１０３から排出されたガスは、ガス排出用開口１１６ｂを介して、トッププレート１１６とトップカバー１１７とにより形成されたガス排気経路内に導入され、ジョイント部１１８から車両外部へと導かれる。

組電池を構成する単電池１００について説明する。組電池を構成する複数の単電池１００は、それぞれ同じ構造である。図４は単電池１００を示す外観斜視図であり、図５は単電池１００の構成を示す分解斜視図である。

図４に示すように、単電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２とからなる電池容器を備えている。電池缶１０１および電池蓋１０２の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。電池缶１０１は、深絞り加工することによって、一端が開口された扁平な矩形箱状に形成されている。電池缶１０１は、矩形平板状の底板１０１ｃと、底板１０１ｃの一対の長辺部のそれぞれから立ち上がる一対の幅広側板１０１ａと、底板１０１ｃの一対の短辺部のそれぞれから立ち上がる一対の幅狭側板１０１ｂとを有している。

図５に示すように、電池缶１０１には蓋組立体１０７（図７参照）に保持された捲回電極群１７０（図６参照）が収容されている。捲回電極群１７０の正極電極１７４に接合される正極集電体１８０および捲回電極群１７０の負極電極１７５に接合される負極集電体１９０、ならびに、捲回電極群１７０は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１０１に収容されている。絶縁ケース１０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂である。これにより、電池缶１０１と、捲回電極群１７０とは電気的に絶縁されている。

図４および図５に示すように、電池蓋１０２は、矩形平板状であって、電池缶１０１の開口を塞ぐようにレーザ溶接されている。つまり、電池蓋１０２は、電池缶１０１の開口を封止している。図４に示すように、電池蓋１０２には、捲回電極群１７０の正極電極１７４および負極電極１７５（図６参照）と電気的に接続された正極外部端子１０４および負極外部端子１０５が配置されている。

正極外部端子１０４が捲回電極群１７０の正極電極１７４に電気的に接続され、負極外部端子１０５が捲回電極群１７０の負極電極１７５に電気的に接続されているため、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部発電電力が捲回電極群１７０に供給されて充電される。

図５に示すように、電池蓋１０２には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔１０６ａが穿設されている。注液孔１０６ａは、電解液注入後に注液栓１０６ｂによって封止される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

電池蓋１０２には、ガス排出弁１０３が設けられている。ガス排出弁１０３は、プレス加工によって電池蓋１０２を部分的に薄肉化することで形成されている。なお、薄膜部材を電池蓋１０２の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１０３は、単電池１００が過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

図６を参照して、捲回電極群１７０について説明する。図６は捲回電極群１７０を示す斜視図であり、捲回電極群１７０の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回電極群１７０は、長尺状の正極電極１７４および負極電極１７５をセパレータ１７３ａ，１７３ｂを介在させて捲回中心軸Ｗ周りに扁平形状に捲回することで積層構造とされている。

正極電極１７４は、正極活物質に結着材（バインダ）が配合された正極活物質合剤の層１７６が正極箔１７１の両面に形成されたものである。負極電極１７５は、負極活物質に結着材（バインダ）が配合された負極活物質合剤の層１７７が負極箔１７２の両面に形成されたものである。

正極箔１７１は、厚さ２０〜３０μｍ程度のアルミニウム箔であり、負極箔１７２は、厚さ１５〜２０μｍ程度の銅箔である。セパレータ１７３ａ，１７３ｂの素材はリチウムイオンが通過可能な微多孔質のポリエチレン樹脂である。正極活物質は、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質は、リチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。

捲回電極群１７０の幅方向（捲回方向に直交する捲回中心軸Ｗ方向）の両端部は、一方に正極活物質合剤層１７６が形成されていない未塗工部（正極箔１７１の露出部）が積層された部分とされ、他方に負極活物質合剤層１７７が形成されていない未塗工部（負極箔１７２の露出部）が積層された部分とされている。正極側未塗工部の積層体および負極側未塗工部の積層体は、それぞれ予め押し潰され、それぞれ後述の蓋組立体１０７（図７参照）の正極集電体１８０および負極集電体１９０と超音波接合により接続され、電極群組立体１０９（図５参照）が形成される。

図７および図８を参照して蓋組立体１０７の構成を詳しく説明する。図７は蓋組立体１０７を示す分解斜視図であり、図８は蓋組立体１０７の構成を示す断面図である。図８（ａ）は、図７のＢ−Ｂ線切断面を示している。図８（ｂ）は、蓋組立体１０７の構成部材を組み立てた状態を示す断面図であり、正極接続部１４３および負極接続部１５３の先端がかしめられる前の状態を示している。図８（ｃ）は、図４のＡ−Ａ線切断断面図であり、正極接続部１４３および負極接続部１５３の先端がかしめられた後の状態を示している。図８では負極側の構成を示しているが、正極側も同様の形状、構成であるため、便宜上、かっこ書きで正極側の構成要素の参照番号を付している。図８（ｃ）は、バスバー１２３を正極外部端子１０４および負極外部端子１０５にねじ締結した接続方法と溶接による接続方法を説明するための図である。図８（ｃ）において、バスバー１２３および、ナット１３２を二点鎖線で示しているが、組電池を構成する際にはいずれか一方の接続方法が選択されることになる。

図７および図８（ａ）に示すように、蓋組立体１０７は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２の一端に設けられた正極外部端子１０４と、電池蓋１０２の他端に設けられた負極外部端子１０５と、一対の外部絶縁体１６０と、一対の内部絶縁体１６５と、一対のガスケット１６９と、正極集電体１８０および負極集電体１９０とを含んで構成されている。

正極外部端子１０４および正極集電体１８０の材質はアルミニウムである。正極外部端子１０４は、後述するように正極接続部１４３が正極集電体１８０の座面部１８１にかしめられることで正極集電体１８０に電気的に接続される（図９参照）。負極外部端子１０５および負極集電体１９０の材質は銅である。負極外部端子１０５は、後述するように負極接続部１５３が負極集電体１９０の座面部１９１にかしめられることで負極集電体１９０に電気的に接続される（図９参照）。

正極外部端子１０４、負極外部端子１０５、正極集電体１８０および負極集電体１９０は、外部絶縁体１６０、内部絶縁体１６５およびガスケット１６９を介して電池蓋１０２に取り付けられている。外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有する樹脂である。ガスケット１６９の材質は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の絶縁性を有する樹脂である。

本実施の形態に係る単電池１００は、バスバー１２３，１２４をボルト１３１、ナット１３２により正極外部端子１０４および負極外部端子１０５にねじ締結することができ、かつ、バスバー１２３，１２４を正極外部端子１０４および負極外部端子１０５に溶接することができる構造とされている。つまり、本実施の形態によれば、ボルト１３１、ナット１３２によりねじ締結する方法あるいは溶接する方法のいずれかの接続方法でバスバー１２３，１２４を正極外部端子１０４および負極外部端子１０５に接続することができる。

図３に示したように、本実施の形態では、バスバー１２３，１２４をボルト１３１、ナット１３２により、ねじ締結することで組電池が形成されている。図７に示すように、各単電池１００は、バスバー１２３，１２４をねじ締結するための一対のボルト１３１を備えている。図８（ａ）に示すように、ボルト１３１は、矩形平板状の頭部１３１ｂと、頭部１３１ｂから突設される軸部１３１ａとを有している。軸部１３１ａにはおねじが形成されている。ボルト１３１の材質は、ステンレス鋼やクロムモリブデン鋼等の合金鋼である。

図７および図８（ａ）に示すように、正極外部端子１０４は、矩形平板状の正極当接部１４２と、正極当接部１４２から電池容器の内側に向かって突設された円筒状の正極接続部１４３とを有している。正極当接部１４２と正極接続部１４３とは、鍛造や鋳造などにより一体的に形成されている。正極当接部１４２は、バスバー１２３，１２４と電気的に接続される部分であって電池容器の外部に配置される。正極接続部１４３は、正極集電体１８０と電気的に接続される部分であって電池容器の内部に配置される。

同様に、負極外部端子１０５は、矩形平板状の負極当接部１５２と、負極当接部１５２から電池容器の内側に向かって突設された円筒状の負極接続部１５３とを有している。負極当接部１５２と負極接続部１５３とは、鍛造や鋳造などにより一体的に形成されている。負極当接部１５２は、バスバー１２３，１２４と電気的に接続される部分であって電池容器の外部に配置される。負極接続部１５３は、負極集電体１９０と電気的に接続される部分であって電池容器の内部に配置される。

正極当接部１４２は、バスバー１２３，１２４が当接される平坦な当接面１４２ａを有している。正極当接部１４２は、バスバー１２３，１２４がボルト１３１、ナット１３２により、ねじ締結される正極締結部１４５と、正極締結部１４５に隣接して配置され、バスバー１２３，１２４が溶接される正極溶接部１４１とを有している。正極締結部１４５と正極溶接部１４１との間にはくびれ部が設けられており、正極締結部１４５と正極溶接部１４１とはくびれ部を介して接続されている。

同様に、負極当接部１５２は、バスバー１２３，１２４が当接される平坦な当接面１５２ａを有している。負極当接部１５２は、バスバー１２３，１２４がボルト１３１、ナット１３２により、ねじ締結される負極締結部１５５と、負極締結部１５５に隣接して配置され、バスバー１２３，１２４が溶接される負極溶接部１５１とを有している。負極締結部１５５と負極溶接部１５１との間にはくびれ部が設けられており、負極締結部１５５と負極溶接部１５１とはくびれ部を介して接続されている。

正極締結部１４５には、ボルト１３１の軸部１３１ａが挿通されるボルト挿通孔１４５ａが設けられている。同様に、負極締結部１５５には、ボルト１３１の軸部１３１ａが挿通されるボルト挿通孔１５５ａが設けられている。

正極接続部１４３は、正極溶接部１４１と対向して設けられている。具体的には、正極接続部１４３は、正極溶接部１４１から電池容器の内側に向かって突出し、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈを貫通するように設けられている。正極接続部１４３は、正極溶接部１４１から電池容器の内側に向かって突設された基端側貫通部１４３ｂと、基端側貫通部１４３ｂから電池容器の内側に向かって突設された先端側貫通部１４３ａとを有している。先端側貫通部１４３ａの外径は、基端側貫通部１４３ｂの外径よりも小さく形成されている。先端側貫通部１４３ａは、後述するように正極集電体１８０の座面部１８１にかしめられる部分であって円筒形状に形成されている。

同様に、負極接続部１５３は、負極溶接部１５１と対向して設けられている。具体的には、負極接続部１５３は、負極溶接部１５１から電池容器の内側に向かって突出し、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈを貫通するように設けられている。負極接続部１５３は、負極溶接部１５１から電池容器の内側に向かって突設された基端側貫通部１５３ｂと、基端側貫通部１５３ｂから電池容器の内側に向かって突設された先端側貫通部１５３ａとを有している。先端側貫通部１５３ａの外径は、基端側貫通部１５３ｂの外径よりも小さく形成されている。先端側貫通部１５３ａは、後述するように負極集電体１９０の座面部１９１にかしめられる部分であって円筒形状に形成されている。

電池蓋１０２には、電池容器の内側に向かって窪むように形成された一対の嵌合凹部１０２ａと、正極接続部１４３の基端側貫通部１４３ｂおよび負極接続部１５３の基端側貫通部１５３ｂが挿通される一対の貫通孔１０２ｈが設けられている。嵌合凹部１０２ａは、ボルト１３１の頭部１３１ｂが外部絶縁体１６０を介して嵌合される部分であって、ボルト１３１の頭部１３１ｂの形状に対応して、平面視矩形状に形成されている。

外部絶縁体１６０について説明する。正極側の外部絶縁体１６０と負極側の外部絶縁体１６０とは同様の形状であるため、正極側の外部絶縁体１６０について代表して説明する。外部絶縁体１６０は、端子絶縁部１６０ａと、覆い壁１６０ｂと、ボルト絶縁部１６０ｃと、ガスケット１６９が挿着される貫通孔１６０ｈとを有している。

端子絶縁部１６０ａは、正極外部端子１０４の正極締結部１４５と電池蓋１０２との間に介在して正極外部端子１０４と電池蓋１０２とを絶縁している。覆い壁１６０ｂは、外部絶縁体１６０の外縁を構成し、正極外部端子１０４のうち電池容器の外部に露出する正極締結部１４５と正極溶接部１４１の側面を覆っている。

ボルト絶縁部１６０ｃは、端子絶縁部１６０ａから電池蓋１０２に向かって窪んだ凹面１６０ｆと、凹面１６０ｆに対応して端子絶縁部１６０ａから電池蓋１０２側に突出した凸面１６０ｇとを有している。凹面１６０ｆは、ボルト１３１の頭部１３１ｂの外形形状に対応して形成され、凸面１６０ｇは電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａに対応して形成されている。

電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａには、ボルト絶縁部１６０ｃを介してボルト１３１の頭部１３１ｂが嵌合される。つまり、ボルト絶縁部１６０ｃは、電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａとボルト１３１の頭部１３１ｂとの間に介在してボルト１３１と電池蓋１０２とを絶縁している。

ガスケット１６９について説明する。正極側のガスケット１６９と負極側のガスケット１６９とは同様の形状であるため、正極側のガスケット１６９について代表して説明する。ガスケット１６９は、円筒状の筒部と、筒部の一端に設けられた鍔部とを備えている。ガスケット１６９は、正極接続部１４３の基端側貫通部１４３ｂに装着される。

ガスケット１６９は、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈと、正極接続部１４３の基端側貫通部１４３ｂとの間に介在するように配置されて、貫通孔１０２ｈと基端側貫通部１４３ｂとの間の隙間が封止されている。ガスケット１６９は、上記したように絶縁性を有しているため、正極接続部１４３と電池蓋１０２とは電気的に絶縁されている。

正極集電体１８０および負極集電体１９０について説明する。図７に示すように、正極集電体１８０は、電池蓋１０２の内面に沿う座面部１８１と、座面部１８１の側部から略直角に曲がって、電池缶１０１の幅広側板１０１ａに沿いながら電池缶１０１の底板１０１ｃに向かって延在する一対の平面板１８２と、一対の平面板１８２のそれぞれの下端に設けた傾斜部１８５により接続される接合平面部１８３とを備えている。座面部１８１には、正極接続部１４３が取り付けられる貫通孔が設けられている。

同様に、負極集電体１９０は、電池蓋１０２の内面に沿う座面部１９１と、座面部１９１の側部から略直角に曲がって、電池缶１０１の幅広側板１０１ａに沿いながら電池缶１０１の底板１０１ｃに向かって延在する一対の平面板１９２と、一対の平面板１９２のそれぞれの下端に設けた傾斜部１９５により接続される接合平面部１９３とを備えている。座面部１９１には、負極接続部１５３が取り付けられる貫通孔が設けられている。

正極集電体１８０の座面部１８１と電池蓋１０２との間、ならびに、負極集電体１９０の座面部１９１と電池蓋１０２との間のそれぞれには、矩形平板状の内部絶縁体１６５が配置されており、正極集電体１８０と電池蓋１０２、ならびに、負極集電体１９０と電池蓋１０２とがそれぞれ絶縁されている。正極側の内部絶縁体１６５と負極側の内部絶縁体１６５とは同様の形状であり、正極接続部１４３の基端側貫通部１４３ｂおよび負極接続部１５３の基端側貫通部１５３ｂが貫通する貫通孔が設けられている。

図８（ｂ）に示すように、正極接続部１４３は、基端側貫通部１４３ｂにガスケット１６９が装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。正極接続部１４３の先端側貫通部１４３ａは、正極集電体１８０の座面部１８１に形成された貫通孔に挿通されている。図示するように、基端側貫通部１４３ｂと先端側貫通部１４３ａとの間に形成される段差部１４３ｃが座面部１８１に当接され、正極溶接部１４１と電池蓋１０２の外表面とでガスケット１６９の鍔部が挟まれた状態で先端側貫通部１４３ａの先端が座面部１８１にかしめられ、図８（ｃ）に示すように、正極カシメ部１４３ｄが形成される。

その結果、座面部１８１は正極カシメ部１４３ｄと基端側貫通部１４３ｂとによって挟持され、正極集電体１８０と正極外部端子１０４とが電気的に接続される。なお、正極カシメ部１４３ｄと正極集電体１８０の座面部１８１とは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接してもよい。

同様に、負極接続部１５３は、基端側貫通部１５３ｂにガスケット１６９が装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。負極接続部１５３の先端側貫通部１５３ａは、負極集電体１９０の座面部１９１に形成された貫通孔に挿通されている。図示するように、基端側貫通部１５３ｂと先端側貫通部１５３ａとの間に形成される段差部１５３ｃが座面部１９１に当接され、負極溶接部１５１と電池蓋１０２の外表面とでガスケット１６９の鍔部が挟まれた状態で先端側貫通部１５３ａの先端が座面部１９１にかしめられ、負極カシメ部１５３ｄが形成される。

その結果、座面部１９１は負極カシメ部１５３ｄと基端側貫通部１５３ｂとによって挟持され、負極集電体１９０と負極外部端子１０５とが電気的に接続される。なお、負極カシメ部１５３ｄと負極集電体１９０の座面部１９１とは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接してもよい。

正極接続部１４３の中心軸上における正極当接部１４２の当接面１４２ａには電池容器の内側に向かって窪むように形成された凹部１４２ｂが設けられている。同様に、負極接続部１５３の中心軸上における負極当接部１５２の当接面１５２ａには電池容器の内側に向かって窪むように形成された凹部１５２ｂが設けられている。本実施の形態では、この凹部１４２ｂ，１５２ｂを利用してカシメ機の金型の位置決めが行われる。

図９を参照してかしめ工程について説明する。なお、正極集電体１８０の座面部１８１に対する正極接続部１４３のかしめ工程と、負極集電体１９０の座面部１９１に対する負極接続部１５３のかしめ工程とは同様の工程であるため、代表して正極側のかしめ工程について説明する。

かしめ工程では、図９（ａ）に示すように、正極当接部１４２の当接面１４２ａに金型２０の平面部を当接させた状態で、正極接続部１４３の内側であるカシメ穴に先端円錐形状の金型２２を圧入することで、円筒状の正極接続部１４３の先端が外側に押し広げられる。これにより、正極集電体１８０、正極外部端子１０４、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して仮止めされる。

カシメ機の金型２０にはピン状の突起２１が設けられており、この突起２１を当接面１４２ａに形成された凹部１４２ｂに嵌合させることで、カシメ機に対する正極外部端子１０４の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。これにより、カシメ機の先端円錐形状の金型２２を精度よく円筒状の正極接続部１４３の内側に圧入することができる。

先端円錐形状の金型２２の種類を、順次に先端角度の大きいものに交換して正極接続部１４３の内側であるカシメ穴に圧入し、徐々に正極接続部１４３の先端を外側に押し広げる。図９（ｂ）に示すように、電池蓋１０２と平行な平面視円形状の平面部２３ａと、平面部２３ａから電池蓋１０２に向かって傾斜する平面視円環状の傾斜部２３ｂとを有する金型２３を正極接続部１４３の先端に押し付けることで、平面視円環状の正極カシメ部１４３ｄが形成される。これによって、正極集電体１８０、正極外部端子１０４、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。なお、負極接続部１５３も同様に負極集電体１９０の座面部１９１にかしめられることで、負極集電体１９０、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。

正極外部端子１０４が電池蓋１０２に組み付けられると、正極締結部１４５と電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａとにより直方体形状の正極側空間が画成される。図８（ｃ）に示すように、正極側空間は、電池蓋１０２と正極締結部１４５との間でボルト１３１の頭部１３１ｂを収容する空間として形成される。

正極側空間は、バスバー１２３，１２４をボルト１３１、ナット１３２により正極締結部１４５にねじ締結するために利用される空間である。正極側空間を構成する電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａの側面は、ナット１３２をボルト１３１の軸部１３１ａに締め付ける際、外部絶縁体１６０を介してボルト１３１の頭部１３１ｂの側面と係合して、ボルト１３１の回転を規制する。正極側空間を構成する正極締結部１４５の電池蓋１０２側の面は、ボルト１３１の頭部１３１ｂと係合して、ボルト１３１が抜けることを防止している。このように、正極側空間にボルト１３１の頭部１３１ｂを収容することにより、ボルト１３１、ナット１３２により、容易にバスバー１２３，１２４を正極外部端子１０４に接続することができる。

同様に、負極外部端子１０５が電池蓋１０２に組み付けられると、負極締結部１５５と電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａとにより直方体形状の負極側空間が画成される。図８（ｃ）に示すように、負極側空間は、電池蓋１０２と負極締結部１５５との間でボルト１３１の頭部１３１ｂを収容する空間として形成される。

負極側空間は、バスバー１２３，１２４をボルト１３１、ナット１３２により負極締結部１５５にねじ締結するために利用される空間である。負極側空間を構成する電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａの側面は、ナット１３２をボルト１３１の軸部１３１ａに締め付ける際、外部絶縁体１６０を介してボルト１３１の頭部１３１ｂの側面と係合して、ボルト１３１の回転を規制する。負極側空間を構成する負極締結部１５５の電池蓋１０２側の面は、ボルト１３１の頭部１３１ｂと係合して、ボルト１３１が抜けることを防止している。このように、負極側空間にボルト１３１の頭部１３１ｂを収容することにより、ボルト１３１、ナット１３２により、容易にバスバー１２３，１２４を負極外部端子１０５に接続することができる。

図３では、バスバー１２３，１２４がボルト１３１，ナット１３２により外部端子に取り付けられる組電池について示したが、上記したように、本実施の形態に係る単電池１００では、バスバー１２３，１２４をボルト１３１、ナット１３２によりねじ締結することに代えて、バスバー１２３，１２４を溶接により外部端子に取り付けることもできる。図１０はバスバー２２３，２２４が溶接により取り付けられてなる組電池の分解斜視図であり、図１１は正極溶接部１４１および負極溶接部１５１にバスバー２２３が溶接された状態を示す断面図である。

図１０に示すように、複数の単電池１００は、バスバー２２３によって電気的に接続される。図１０の組電池では、バスバー２２３が溶接により正極溶接部１４１および負極溶接部１５１に接続されている。なお、図中最も手前に位置する単電池１００の正極外部端子１０４ならびに図中最も奥に位置する単電池１００の負極外部端子１０５は、不図示の他の組電池に電気的に直列または並列にバスバー２２４ａ，２２４ｂにより接続されるか、不図示の電力取り出し用の端子にバスバー２２４ａ，２２４ｂにより接続される。

図１１に示すように、バスバー２２３は、たとえば、アルミニウム板２２３ａの端部と、銅板２２３ｂの端部とを重ねて圧延し、その後、熱処理を行うことにより拡散接合することで製作される複合材（クラッド材）である。

バスバー２２３のアルミニウム板２２３ａには、正極外部端子１０４の当接面１４２ａに当接する平面部から電池側に向かって突出する突起２２５ａが設けられ、バスバー２２３の銅板２２３ｂには、負極外部端子１０５の当接面１５２ａに当接する平面部から電池側に向かって突出する突起２２５ｂが設けられている。

バスバー２２３を溶接するときには、先ずこの突起２２５ａ，２２５ｂを上記した当接面１４２ａ，１５２ａに設けられる凹部１４２ｂ，１５２ｂに嵌合させ、位置決めをする。突起２２５ａ，２２５ｂを当接面１４２ａ，１５２ａに形成された凹部１４２ｂ，１５２ｂに嵌合させることで、バスバー２２３の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。位置決めをした後、アルミニウム板２２３ａと正極溶接部１４１とをレーザにより重ね貫通溶接し、銅板２２３ｂと負極溶接部１５１とをレーザにより重ね貫通溶接する。図１１に示すように、レーザ溶接により正極外部端子１０４とバスバー２２３との間には溶接金属２２６ａが形成され、負極外部端子１０５とバスバー２２３との間には溶接金属２２６ｂが形成される。溶接金属２２６ａは正極外部端子１０４とバスバー２２３との間の導通経路を構成し、溶接金属２２６ｂは負極外部端子１０５とバスバー２２３との間の導通経路を構成している。

上述した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）外部端子１０４，１０５のそれぞれには、バスバー１２３，１２４がボルト１３１、ナット１３２によりねじ締結される締結部１４５，１５５と、締結部１４５，１５５に隣接して配置され、バスバー１２３，１２４が溶接される溶接部１４１，１５１とが設けられている。これにより、ねじ締結による接続方法あるいは溶接による接続方法のいずれでもバスバー１２３，１２４と外部端子１０４，１０５とを接続可能な単電池１００およびこの単電池１００を複数備えた組電池を提供することができる。

（２）溶接部１４１，１５１のそれぞれから電池容器の内側に向かって突出し、電池蓋１０２を貫通して集電体１８０，１９０に接続される接続部１４３，１５３が当接部１４２，１５２と一体的に設けられている。これに対して、特許文献１に記載の二次電池では、外部端子と、集電体（特許文献１の接続板に相当）とを接続する接続ピンが設けられている。つまり、本実施の形態では、外部端子が直接に集電体に接続されており、特許文献１に記載の二次電池に比べて、部品点数が少ない簡素な構成であって、容易に組み立てを行うことができるため、製作コストの低減を図ることができる。また、本実施の形態では、外部端子が直接に集電体に接続されているため、特許文献１に記載の二次電池に比べて接続抵抗の低減が図られている。

（３）円筒状の接続部１４３，１５３のそれぞれの中心軸上における当接部１４２，１５２の当接面１４２ａ，１５２ａに凹部１４２ｂ，１５２ｂを設けた。これにより、カシメ機の金型の位置決め、ならびに、バスバー２２３の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（１）上記実施の形態では、バスバー１２３，１２４をボルト１３１，ナット１３２によるねじ締結により、あるいは、バスバー２２３，２２４を溶接により正負極外部端子１０４，１０５に取り付ける例（図３および図１０参照）について説明したが、本発明はこれに限定されない。バスバーの一端をボルト１３１，ナット１３２によるねじ締結により正負極外部端子１０４，１０５のいずれか一方に接続し、バスバー１２４の他端を溶接により正負極外部端子１０４，１０５のいずれか他方に接続するようにしてもよい。

たとえば、図１２（ａ）に示す組電池では、銅からなるバスバー３２３の一端に設けられる貫通孔に正極側に設けられるボルト１３１の軸部１３１ａを挿通し、ナット（不図示）を軸部１３１ａに装着することにより、バスバー３２３の一端が正極締結部１４５に接続されている。バスバー３２３の他端は、溶接により負極溶接部１５１に接続されている。

このように、バスバー３２３にクラッド材を用いない場合であっても、負極外部端子１０５とバスバー３２３はいずれも材質が銅であるため、溶接することができ、正極外部端子１０４とバスバー３２３とはボルト１３１、ナット１３２により接続することができる。

銅からなるバスバー３２３に代えて、図１２（ｂ）に示すように、アルミニウムからなるバスバー４２３を用いる場合には、正極外部端子１０４とバスバー４２３とを溶接し、負極外部端子１０５とバスバー４２３とをボルト１３１、ナット１３２により接続することができる。

（２）上記した実施の形態では、ボルト１３１を組電池に組み付けた例について説明したが本発明はこれに限定されない。ボルト１３１を保持可能な構造を有していればよく、たとえば、溶接のみによりバスバーを取り付ける場合には、ボルト１３１を省略することができる。また、バスバーの一端をねじ締結により外部端子に接続し、バスバーの他端を溶接により外部端子に接続する場合には、ねじ締結する側の外部端子にのみボルト１３１を設け、溶接する側の外部端子にボルト１３１を設けないようにしてもよい。ボルト１３１を省略することで、組電池の軽量化、低コスト化を図ることができる。

（３）上記した実施の形態では、ボルト１３１の頭部１３１ｂを正極側空間および負極側空間のそれぞれに収容した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ボルト１３１の頭部１３１ｂに代えて、ナット１３２を収容するようにしてもよい。

（４）正極外部端子１０４、正極集電体１８０および正極箔１７１の材質は、アルミニウムに限定されることなく、アルミニウム合金としてもよい。負極外部端子１０５、負極集電体１９０および負極箔１７２の材質は、銅に限定されることなく、銅合金としてもよい。

（５）組電池を構成する単電池として、リチウムイオン二次電池を一例に説明したが本発明はこれに限定されない。ニッケル水素電池などの蓄電要素を容器内に収容する種々の単電池に本発明を適用できる。

（６）上記した実施の形態では、ハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車に搭載される蓄電装置に組み込まれる組電池について説明したが本発明はこれに限定されない。他の電動車両、たとえばハイブリッド電車などの鉄道車両、バスなどの乗合自動車、トラックなどの貨物自動車、バッテリ式フォークリフトトラックなどの産業車両などの蓄電装置に利用可能な組電池に本発明を適用してもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１００ 単電池、１０１ 電池缶、１０１ａ 幅広側板、１０１ｂ 幅狭側板、１０１ｃ 底板、１０２ 電池蓋、１０２ａ 嵌合凹部、１０２ｈ 貫通孔、１０３ ガス排出弁、１０４ 正極外部端子、１０５ 負極外部端子、１０６ａ 注液孔、１０６ｂ 注液栓、１０７ 蓋組立体、１０８ 絶縁ケース、１０９ 電極群組立体、１１３ ボルト、１１４ 電池ホルダ、１１４ｂ 肩部、１１５ エンドプレート、１１６ トッププレート、１１６ｂ ガス排出用開口、１１７ トップカバー、１１８ ジョイント部、１１９ シール部材、１２２ シャフト、１２３，１２４ バスバー、１３１ ボルト、１３１ａ 軸部、１３１ｂ 頭部、１３２ ナット、１４１ 正極溶接部、１４２ 正極当接部、１４２ａ 当接面、１４２ｂ 凹部、１４３ 正極接続部、１４３ａ 先端側貫通部、１４３ｂ 基端側貫通部、１４３ｄ 正極カシメ部、１４５ 正極締結部、１４５ａ ボルト挿通孔、１５１ 負極溶接部、１５２ 負極当接部、１５２ａ 当接面、１５２ｂ 凹部、１５３ 負極接続部、１５３ａ 先端側貫通部、１５３ｂ 基端側貫通部、１５３ｄ 負極カシメ部、１５５ 負極締結部、１５５ａ ボルト挿通孔、１６０ 外部絶縁体、１６０ａ 端子絶縁部、１６０ｂ 覆い壁、１６０ｃ ボルト絶縁部、１６０ｆ 凹面、１６０ｇ 凸面、１６０ｈ 貫通孔、１６５ 内部絶縁体、１６９ ガスケット、１７０ 捲回電極群、１７１ 正極箔、１７２ 負極箔、１７３ａ，１７３ｂ セパレータ、１７４ 正極電極、１７５ 負極電極、１７６ 正極活物質合剤層、１７７ 負極活物質合剤層、１８０ 正極集電体、１８１ 座面部、１８２ 平面板、１８３ 接合平面部、１８５ 傾斜部、１９０ 負極集電体、１９１ 座面部、１９２ 平面板、１９３ 接合平面部、１９５ 傾斜部、２２３ バスバー、２２３ａ アルミニウム板、２２３ｂ 銅板、２２４ バスバー、２２５ａ 突起、２２５ｂ 突起、２２６ａ 溶接金属、２２６ｂ 溶接金属、３２３ バスバー、４２３ バスバー

Claims (5)

1. 電極を有する発電要素と、
   前記発電要素を収容する電池缶および前記電池缶の開口を封止する電池蓋を有する電池容器と、
   前記電池蓋に配置された外部端子と、
   前記発電要素の電極と前記外部端子とを接続する集電体とを備え、
   前記外部端子は、前記電池容器の外部でバスバーと電気的に接続される当接部と、前記電池容器の内部で前記集電体と接続される接続部とが一体に形成されてなり、
   前記当接部は、前記接続部と対向して前記電池容器の外部に設けられ、前記バスバーを溶接可能な平面部と、前記平面部に隣接して挿通孔を有する締結部とを有し、
   前記バスバーを前記締結部に締結可能なボルトを備え、
   前記電池蓋には、前記ボルトの頭部が絶縁部材を介して嵌合される嵌合凹部が設けられ、
   前記締結部と前記電池蓋との間には、前記嵌合凹部と前記締結部とにより、前記ボルトの頭部を収容する空間が画成され、
   前記締結部の挿通孔には、前記ボルトの軸部が挿通され、
   前記接続部は、前記平面部から前記電池容器の内側に向かって突出し、前記電池蓋を貫通するように設けられていることを特徴とする単電池。
2. 請求項１に記載の単電池において、
   前記接続部は、円筒状に形成され、先端がかしめられることで前記集電体に接続され、
   前記接続部の中心軸上における前記平面部には、凹部が設けられていることを特徴とする単電池。
3. 請求項１または２に記載の単電池を複数備え、
   前記複数の単電池同士がバスバーにより電気的に接続された組電池であって、
   前記バスバーは、溶接により前記平面部に接続されていることを特徴とする組電池。
4. 請求項１または２に記載の単電池を複数備え、
   前記複数の単電池同士がバスバーにより電気的に接続された組電池であって、
   前記バスバーは、前記ボルトの軸部にナットを装着することにより、前記締結部に接続されていることを特徴とする組電池。
5. 請求項１または２に記載の単電池を複数備え、
   前記複数の単電池同士がバスバーにより電気的に接続された組電池であって、
   前記組電池を構成する各単電池は、少なくとも正極および負極のいずれか一方の側において、前記ボルトを有し、
   前記バスバーの一端は、前記ボルトの軸部にナットを装着することにより前記正極および負極のいずれか一方の締結部に接続され、前記バスバーの他端は、溶接により前記正極および負極のいずれか他方の平面部に接続されていることを特徴とする組電池。

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